LUDZKI MÓZG, organ, który koordynuje i reguluje wszystkie istotne funkcje organizmu i kontroluje zachowanie. Wszystkie nasze myśli, uczucia, odczucia, pragnienia i ruchy są związane z pracą mózgu, a jeśli to nie działa, człowiek przechodzi w stan wegetatywny: utrata zdolności do jakichkolwiek działań, odczuć lub reakcji na wpływy zewnętrzne. Artykuł koncentruje się na mózgu człowieka, bardziej złożonym i dobrze zorganizowanym niż mózg zwierząt. Istnieją jednak znaczne podobieństwa w strukturze ludzkiego mózgu i innych ssaków, jak w rzeczywistości większość kręgowców.
Ośrodkowy układ nerwowy (OUN) składa się z mózgu i rdzenia kręgowego. Jest związany z różnymi częściami ciała przez nerwy obwodowe - motoryczne i czuciowe. Patrz także NERVOUS SYSTEM.
Mózg jest strukturą symetryczną, podobnie jak większość innych części ciała. Przy urodzeniu jego waga wynosi około 0,3 kg, podczas gdy u osoby dorosłej wynosi ok. 1,5 kg. Podczas zewnętrznego badania mózgu przyciągają uwagę dwie duże półkule, które ukrywają głębsze formacje. Powierzchnia półkul jest pokryta rowkami i zwojami, które zwiększają powierzchnię kory (zewnętrzna warstwa mózgu). Za móżdżkiem umieszczona jest powierzchnia, która jest cieńsza. Pod dużymi półkulami znajduje się pień mózgu, który przechodzi do rdzenia kręgowego. Nerwy opuszczają pień i rdzeń kręgowy, wzdłuż których informacje płyną z wewnętrznych i zewnętrznych receptorów do mózgu, a sygnały do mięśni i gruczołów płyną w przeciwnym kierunku. 12 par nerwów czaszkowych odchodzi od mózgu.
Wewnątrz mózgu wyróżnia się szara materia, składająca się głównie z komórek nerwowych i tworzących kora, oraz istota biała - włókna nerwowe, które tworzą ścieżki przewodzące (odcinki) łączące różne części mózgu, a także tworzą nerwy, które wykraczają poza centralny układ nerwowy i przechodzą do różne narządy.
Mózg i rdzeń kręgowy są chronione przez kości - czaszkę i kręgosłup. Między substancją mózgu a ścianami kostnymi są trzy muszle: zewnętrzna - twarda materia, wewnętrzna - miękka, a między nimi cienka pajęczówka. Przestrzeń między błonami jest wypełniona płynem mózgowo-rdzeniowym, który jest podobny w składzie do osocza krwi, wytwarzanego w jamach śródmózgowych (komorach mózgu) i krąży w mózgu i rdzeniu kręgowym, dostarczając mu składników odżywczych i innych czynników niezbędnych do aktywności życiowej.
Dostarczanie krwi do mózgu zapewnia przede wszystkim tętnice szyjne; u podstawy mózgu są podzielone na duże gałęzie, które przechodzą do różnych sekcji. Chociaż waga mózgu wynosi zaledwie 2,5% masy ciała, to stale, w dzień iw nocy, otrzymuje 20% krwi krążącej w ciele i, odpowiednio, tlenu. Rezerwy energetyczne samego mózgu są niezwykle małe, więc są bardzo zależne od zaopatrzenia w tlen. Istnieją mechanizmy ochronne, które mogą wspierać mózgowy przepływ krwi w przypadku krwawienia lub urazu. Cechą krążenia mózgowego jest również obecność tzw. bariera krew-mózg. Składa się z kilku membran, ograniczających przepuszczalność ścian naczyń i przepływu wielu związków z krwi do substancji mózgu; zatem ta bariera spełnia funkcje ochronne. Na przykład wiele substancji leczniczych nie przenika przez niego.
BRAIN CELLS
Komórki OUN nazywane są neuronami; ich funkcją jest przetwarzanie informacji. W ludzkim mózgu od 5 do 20 miliardów neuronów. Struktura mózgu obejmuje również komórki glejowe, jest około 10 razy więcej niż neuronów. Glia wypełnia przestrzeń między neuronami, tworząc szkielet podporowy tkanki nerwowej, a także pełni funkcje metaboliczne i inne.
Neuron, podobnie jak wszystkie inne komórki, jest otoczony półprzepuszczalną (plazmową) membraną. Z ciała komórki odchodzą dwa typy procesów - dendryty i aksony. Większość neuronów ma wiele dendrytów rozgałęziających się, ale tylko jeden akson. Dendryty są zazwyczaj bardzo krótkie, a długość aksonu zmienia się od kilku centymetrów do kilku metrów. Ciało neuronu zawiera jądro i inne organelle, takie same jak w innych komórkach ciała (patrz także CELL).
Impulsy nerwowe.
Transmisja informacji w mózgu, a także całym układzie nerwowym, odbywa się za pomocą impulsów nerwowych. Rozprzestrzeniają się w kierunku od ciała komórki do końcowej części aksonu, która może rozgałęziać się, tworząc zestaw końców w kontakcie z innymi neuronami poprzez wąską szczelinę, synapsę; przekazywanie impulsów przez synapsę odbywa się za pośrednictwem substancji chemicznych - neuroprzekaźników.
Impuls nerwowy zwykle powstaje w dendrytach - cienkich procesach rozgałęziania się neuronu, które specjalizują się w uzyskiwaniu informacji z innych neuronów i przekazywaniu ich do ciała neuronu. Na dendrytach i, w mniejszej liczbie, są tysiące synaps na ciele komórki; to przez aksony, przenoszące informacje z ciała neuronu, przekazuje je do dendrytów innych neuronów.
Koniec aksonu, który tworzy presynaptyczną część synapsy, zawiera małe pęcherzyki z neuroprzekaźnikiem. Kiedy impuls dociera do błony presynaptycznej, neuroprzekaźnik z pęcherzyka jest uwalniany do szczeliny synaptycznej. Koniec aksonu zawiera tylko jeden typ neuroprzekaźnika, często w połączeniu z jednym lub kilkoma rodzajami neuromodulatorów (patrz poniżej Neurochemia mózgu).
Neuroprzekaźnik uwolniony z aksonowej błony presynaptycznej wiąże się z receptorami na dendrytach neuronu postsynaptycznego. Mózg wykorzystuje różnorodne neuroprzekaźniki, z których każdy jest związany z określonym receptorem.
Receptory na dendrytach są połączone z kanałami w półprzepuszczalnej membranie postsynaptycznej, która kontroluje ruch jonów przez membranę. W spoczynku neuron ma potencjał elektryczny wynoszący 70 miliwoltów (potencjał spoczynkowy), podczas gdy wewnętrzna strona membrany jest naładowana ujemnie w stosunku do zewnętrznej. Chociaż istnieją różne mediatory, wszystkie one działają pobudzająco lub hamująco na neuron postsynaptyczny. Efekt stymulujący jest realizowany poprzez wzmocnienie przepływu pewnych jonów, głównie sodu i potasu, przez membranę. W rezultacie zmniejsza się ładunek ujemny powierzchni wewnętrznej - następuje depolaryzacja. Efekt hamowania występuje głównie poprzez zmianę przepływu potasu i chlorku, w wyniku czego ładunek ujemny powierzchni wewnętrznej staje się większy niż w stanie spoczynku i występuje hiperpolaryzacja.
Funkcją neuronu jest integracja wszystkich wpływów postrzeganych przez synapsy na jego ciele i dendrytach. Ponieważ te wpływy mogą być ekscytujące lub hamujące i nie pokrywają się w czasie, neuron musi obliczyć całkowity wpływ aktywności synaptycznej w funkcji czasu. Jeśli efekt pobudzający przeważa nad efektem hamującym, a depolaryzacja błony przekracza wartość progową, aktywuje się pewna część błony neuronu - w obszarze podstawy jej aksonu (guzek aksonu). Tutaj, w wyniku otwarcia kanałów dla jonów sodu i potasu, powstaje potencjał czynnościowy (impuls nerwowy).
Potencjał ten rozciąga się dalej wzdłuż aksonu do jego końca z prędkością od 0,1 m / s do 100 m / s (im grubszy jest akson, tym wyższa jest szybkość przewodzenia). Kiedy potencjał czynnościowy osiąga koniec aksonu, aktywowany jest inny typ kanałów jonowych, w zależności od różnicy potencjałów, kanały wapniowe. Według nich, wapń wchodzi do aksonu, co prowadzi do mobilizacji pęcherzyków za pomocą neuroprzekaźnika, który zbliża się do błony presynaptycznej, łączy się z nią i uwalnia neurotransmiter do synapsy.
Mieliny i komórki glejowe.
Wiele aksonów jest przykrytych osłonką mielinową, która jest tworzona przez wielokrotnie skręconą błonę komórek glejowych. Mielina składa się głównie z lipidów, które nadają charakterystyczny wygląd istocie białej mózgu i rdzenia kręgowego. Dzięki powłoce mielinowej zwiększa się prędkość działania potencjału aksonu wzdłuż aksonu, ponieważ jony mogą poruszać się przez błonę aksonu tylko w miejscach nieobjętych mieliną - tzw. przechwycenia Ranvier. Między przechwyceniem, impulsy są prowadzone wzdłuż osłonki mielinowej, jak przez kabel elektryczny. Ponieważ otwarcie kanału i przejście jonów przez niego zajmuje pewien czas, eliminacja stałego otwarcia kanałów i ograniczenie ich zakresu do małych obszarów membrany nie objętych mieliną przyspiesza przewodzenie impulsów wzdłuż aksonu około 10 razy.
Tylko część komórek glejowych bierze udział w tworzeniu osłonki mielinowej nerwów (komórki Schwanna) lub przewodów nerwowych (oligodendrocytów). Znacznie liczniejsze komórki glejowe (astrocyty, mikrogliocyty) pełnią inne funkcje: tworzą szkielet podtrzymujący tkankę nerwową, zapewniają jej metaboliczne potrzeby i regenerują się po urazach i infekcjach.
JAK DZIAŁA MÓZG
Rozważ prosty przykład. Co się stanie, gdy weźmiemy ołówek na stół? Światło odbite od ołówka skupia się w oku z soczewką i jest kierowane na siatkówkę, gdzie pojawia się obraz ołówka; jest postrzegany przez odpowiednie komórki, z których sygnał trafia do głównych jąder przekazujących zmysł mózgu, znajdujących się we wzgórzu (wizualne guzki), głównie w tej części, która nazywa się bocznym ciałem koloidalnym. Aktywowane są liczne neurony, które reagują na dystrybucję światła i ciemności. Aksony neuronów bocznego korbowego ciała trafiają do pierwotnej kory wzrokowej znajdującej się w płacie potylicznym dużych półkul. Impulsy, które dochodzą ze wzgórza do tej części kory mózgowej, przekształcają się w złożoną sekwencję wyładowań neuronów korowych, z których niektóre reagują na granicę między ołówkiem a stołem, inne na rogi w obrazie ołówka itp. Z pierwotnej kory wzrokowej informacje o aksonach wchodzą do stowarzyszonej kory wzrokowej, gdzie odbywa się rozpoznawanie wzorców, w tym przypadku ołówek. Rozpoznanie w tej części kory opiera się na wcześniej zgromadzonej wiedzy o zewnętrznych konturach obiektów.
Planowanie ruchu (tj. Pobieranie ołówka) prawdopodobnie występuje w korze płatów czołowych półkul mózgowych. W tym samym obszarze kory znajdują się neurony ruchowe, które dają polecenia mięśniom dłoni i palców. Podejście ręki do ołówka jest kontrolowane przez układ wzrokowy i interoreceptory, które dostrzegają pozycję mięśni i stawów, z których informacja wchodzi do centralnego układu nerwowego. Kiedy bierzemy ołówek w ręce, receptory na opuszkach palców, które odbierają nacisk, mówią nam, czy palce dobrze trzymają ołówek i jaki wysiłek należy włożyć w jego utrzymanie. Jeśli chcemy napisać nasze nazwisko ołówkiem, musimy aktywować inne informacje przechowywane w mózgu, które zapewniają ten bardziej złożony ruch, a kontrola wizualna pomoże zwiększyć jego dokładność.
W powyższym przykładzie można zauważyć, że wykonanie dość prostego działania obejmuje rozległe obszary mózgu rozciągające się od kory do podkorowych regionów. Przy bardziej złożonych zachowaniach związanych z mową lub myśleniem, aktywowane są inne obwody neuronalne, obejmujące jeszcze bardziej rozległe obszary mózgu.
GŁÓWNE CZĘŚCI MÓZGU
Mózg można podzielić na trzy główne części: przodomózgowie, pień mózgu i móżdżek. W przodomózgowiu wydzielane są półkule mózgowe, wzgórze, podwzgórze i przysadka mózgowa (jedno z najważniejszych gruczołów neuroendokrynnych). Pień mózgu składa się z rdzenia oblongata, mostu (pons) i śródmózgowia.
Duże półkule
- największa część mózgu, składnik u dorosłych około 70% jego wagi. Normalnie półkule są symetryczne. Połączone są one masywną wiązką aksonów (ciałem modzelowatym), zapewniającą wymianę informacji.
Każda półkula składa się z czterech płatów: czołowej, ciemieniowej, skroniowej i potylicznej. Kora płatów czołowych zawiera ośrodki regulujące aktywność lokomotoryczną, a także, prawdopodobnie, centra planowania i prognozowania. W korze płatów ciemieniowych, zlokalizowanych za czołem, znajdują się strefy odczuć cielesnych, w tym zmysł dotyku oraz uczucie wspólnego i mięśni. Z boku do płata ciemieniowego przylega doczesny, w którym znajduje się pierwotna kora słuchowa, a także ośrodki mowy i inne wyższe funkcje. Tył mózgu zajmuje płat potyliczny umiejscowiony powyżej móżdżku; jego kora zawiera strefy wizualnych doznań.
Obszary kory niezwiązane bezpośrednio z regulacją ruchów lub analiza informacji czuciowych są nazywane kory asocjacyjnej. W tych wyspecjalizowanych strefach łączenie asocjacyjne powstaje pomiędzy różnymi obszarami i częściami mózgu, a informacje z nich pochodzące są zintegrowane. Asocjacyjna kora zapewnia tak złożone funkcje, jak nauka, pamięć, mowa i myślenie.
Struktury podkorowe.
Poniżej kory leży szereg ważnych struktur mózgu, czyli jąder, które są skupiskami neuronów. Należą do nich wzgórze, zwoje podstawy i podwzgórze. Wzgórze jest głównym jądrem przenoszącym zmysły; odbiera informacje od zmysłów, a następnie przekazuje je do odpowiednich części kory czuciowej. Istnieją również niespecyficzne strefy, które są związane z prawie całą korą i zapewne zapewniają procesy jej aktywacji i utrzymywania bezsenności i uwagi. Zwoje podstawne to zestaw jąder (tzw. Skorupa, blada kula i jądro ogoniaste), które biorą udział w regulacji skoordynowanych ruchów (ich uruchamianie i zatrzymywanie).
Podwzgórze jest niewielkim obszarem u podstawy mózgu, który leży pod wzgórzem. Bogaty we krwi podwzgórze jest ważnym ośrodkiem, który kontroluje homeostatyczne funkcje organizmu. Wytwarza substancje regulujące syntezę i uwalnianie hormonów przysadkowych (patrz także HYPOPHYSIS). W podwzgórzu znajduje się wiele jąder spełniających określone funkcje, takie jak regulacja metabolizmu wody, dystrybucja zgromadzonego tłuszczu, temperatura ciała, zachowania seksualne, sen i czuwanie.
Pień mózgu
znajduje się u podstawy czaszki. Łączy rdzeń kręgowy z przodomózgowia i składa się z rdzenia przedłużonego, mostu, środkowego i międzymózgowia.
Przez mózg środkowy i pośredni, a także przez cały pień, przechodź przez ścieżki motoryczne prowadzące do rdzenia kręgowego, jak również niektóre wrażliwe ścieżki od rdzenia kręgowego do leżących poniżej części mózgu. Poniżej śródmózgowia znajduje się most połączony włóknami nerwowymi z móżdżkiem. Najniższa część tułowia - rdzeń - przechodzi bezpośrednio do rdzenia kręgowego. W rdzeniu przedłużonym znajdują się centra, które regulują aktywność serca i oddychanie, w zależności od warunków zewnętrznych, a także kontrolują ciśnienie krwi, ruchliwość żołądka i jelit.
Na poziomie pnia krzyżują się ścieżki łączące każdą półkulę mózgową z móżdżkiem. Dlatego każda z półkul kontroluje przeciwną stronę ciała i jest połączona z przeciwległą półkulą móżdżku.
Móżdżek
znajduje się pod płatami potylicznymi półkul mózgowych. Poprzez ścieżki mostu jest połączony z leżącymi na nim częściami mózgu. Móżdżek reguluje subtelne ruchy automatyczne, koordynując aktywność różnych grup mięśni podczas wykonywania stereotypowych zachowań behawioralnych; on również stale kontroluje pozycję głowy, tułowia i kończyn, tj. zaangażowany w utrzymanie równowagi. Według najnowszych danych móżdżek odgrywa bardzo istotną rolę w kształtowaniu zdolności motorycznych, pomagając zapamiętać sekwencję ruchów.
Inne systemy.
Układ limbiczny to szeroka sieć połączonych ze sobą regionów mózgu, które regulują stany emocjonalne, a także zapewniają uczenie się i pamięć. Jądra tworzące układ limbiczny obejmują jądro migdałowate i hipokamp (zawarte w płatku skroniowym), jak również podwzgórze i tak zwane jądro. przezroczysta przegroda (zlokalizowana w podkorowych rejonach mózgu).
Formacja siatkowa to sieć neuronów rozciągających się w poprzek całego tułowia do wzgórza i dalej połączona z obszernymi obszarami kory. Uczestniczy w regulacji snu i czuwania, utrzymuje aktywny stan kory mózgowej i przyczynia się do skupienia uwagi na niektórych obiektach.
MÓZGOWA DZIAŁAŃ ELEKTRYCZNYCH
Za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni głowy lub wprowadzonych do substancji mózgu możliwe jest utrwalenie aktywności elektrycznej mózgu w wyniku wyładowań jego komórek. Zapis aktywności elektrycznej mózgu za pomocą elektrod na powierzchni głowy nazywany jest elektroencefalogramem (EEG). Nie pozwala na rejestrację rozładowania pojedynczego neuronu. Tylko w wyniku zsynchronizowanej aktywności tysięcy lub milionów neuronów zauważalne oscylacje (fale) pojawiają się na zarejestrowanej krzywej.
Przy stałej rejestracji na EEG ujawniają się zmiany cykliczne odzwierciedlające ogólny poziom aktywności jednostki. W stanie aktywnego czuwania EEG rejestruje nie-rytmiczne fale beta o niskiej amplitudzie. W stanie rozluźnionej bezsenności przy zamkniętych oczach przeważają fale alfa o częstotliwości 7-12 cykli na sekundę. Występowanie snu jest sygnalizowane pojawieniem się wolnych fal o wysokiej amplitudzie (fale delta). Podczas okresów snu fale beta pojawiają się ponownie na EEG, a na podstawie EEG można wytworzyć fałszywe wrażenie, że dana osoba nie śpi (stąd określenie "sen paradoksalny"). Marzeniom często towarzyszą szybkie ruchy gałek ocznych (z zamkniętymi powiekami). Dlatego śnienie jest również nazywane snem z szybkimi ruchami gałek ocznych (patrz również SLEEP). EEG pozwala diagnozować niektóre choroby mózgu, w szczególności epilepsję (patrz EPILEPSY).
Jeśli zarejestrujesz aktywność elektryczną mózgu podczas działania konkretnego bodźca (wizualnego, słuchowego lub dotykowego), możesz zidentyfikować tzw. potencjały wywołane - synchroniczne zrzuty pewnej grupy neuronów, powstające w odpowiedzi na określony bodziec zewnętrzny. Badanie potencjałów wywołanych umożliwiło wyjaśnienie lokalizacji funkcji mózgu, w szczególności powiązanie funkcji mowy z pewnymi obszarami płatów skroniowych i czołowych. Badanie to pomaga również ocenić stan układów czuciowych u pacjentów z upośledzoną wrażliwością.
MÓZGOWA NEUROCHEMIA
Najważniejszymi neurotransmiterami mózgu są acetylocholina, norepinefryna, serotonina, dopamina, glutaminian, kwas gamma-aminomasłowy (GABA), endorfiny i enkefaliny. Oprócz tych dobrze znanych substancji, wiele innych, które nie zostały jeszcze zbadane, prawdopodobnie funkcjonuje w mózgu. Niektóre neuroprzekaźniki działają tylko w niektórych obszarach mózgu. Tak więc endorfiny i enkefaliny znajdują się tylko w szlakach przewodzących impulsy bólowe. Inne mediatory, takie jak glutaminian lub GABA, są szeroko rozpowszechnione.
Działanie neuroprzekaźników.
Jak już wspomniano, neuroprzekaźniki, działając na błonę postsynaptyczną, zmieniają swoją przewodność na jony. Często zdarza się to poprzez aktywację w neuronie postsynaptycznym drugiego układu "mediatora", na przykład cyklicznego monofosforanu adenozyny (cAMP). Działanie neuroprzekaźników można modyfikować pod wpływem innej klasy substancji neurochemicznych - neuromodulatorów peptydowych. Uwolnione przez membranę presynaptyczną jednocześnie z mediatorem, mają zdolność do wzmacniania lub w inny sposób zmiany działania mediatorów na błonę postsynaptyczną.
Niedawno odkryty system endorfin-enkefalina jest ważny. Enkefaliny i endorfiny są małymi peptydami, które hamują przewodzenie impulsów bólowych przez wiązanie się z receptorami w OUN, w tym w wyższych strefach kory. Ta rodzina neuroprzekaźników tłumi subiektywne odczuwanie bólu.
Leki psychoaktywne
- substancje, które mogą specyficznie wiązać pewne receptory w mózgu i powodować zmiany w zachowaniu. Zidentyfikowano kilka mechanizmów ich działania. Niektóre wpływają na syntezę neuroprzekaźników, inne na ich akumulację i uwalnianie z pęcherzyków synaptycznych (na przykład amfetamina powoduje szybkie uwalnianie norepinefryny). Trzeci mechanizm polega na wiązaniu się z receptorami i naśladowaniu działania naturalnego neuroprzekaźnika, na przykład efekt LSD (dietyloamidu kwasu lizergowego) wyjaśniono jego zdolnością do wiązania się z receptorami serotoninowymi. Czwartym rodzajem działania leku jest blokada receptora, tj. antagonizm z neuroprzekaźnikami. Takie szeroko stosowane leki przeciwpsychotyczne, takie jak fenotiazyny (na przykład chlorpromazyna lub aminaza) blokują receptory dopaminy, a tym samym zmniejszają wpływ dopaminy na neurony postsynaptyczne. Wreszcie ostatnim powszechnym mechanizmem działania jest hamowanie inaktywacji neuroprzekaźników (wiele pestycydów zapobiega inaktywacji acetylocholiny).
Od dawna wiadomo, że morfina (oczyszczony produkt z maku lekarskiego) ma nie tylko wyraźny efekt przeciwbólowy (przeciwbólowy), ale także zdolność wywoływania euforii. Dlatego jest stosowany jako lek. Działanie morfiny jest związane z jej zdolnością do wiązania się z receptorami na ludzkim układzie endorfin-enkefalina (patrz także DRUG). Jest to tylko jeden z wielu przykładów tego, że substancja chemiczna o innym pochodzeniu biologicznym (w tym przypadku pochodzenia roślinnego) może wpływać na funkcjonowanie mózgu zwierząt i ludzi, wchodząc w interakcje ze specyficznymi systemami neuroprzekaźnikowymi. Innym dobrze znanym przykładem jest kurary, pochodzące z tropikalnej rośliny i zdolne do blokowania receptorów acetylocholiny. Indianie Ameryki Południowej smarowali groty strzępiarzy, wykorzystując ich paraliżujący efekt związany z blokadą transmisji nerwowo-mięśniowej.
BADANIA MÓZGÓW
Badanie mózgu jest trudne z dwóch głównych powodów. Po pierwsze, mózg, bezpiecznie chroniony przez czaszkę, nie może być dostępny bezpośrednio. Po drugie, neurony mózgu nie regenerują się, więc każda interwencja może prowadzić do nieodwracalnych uszkodzeń.
Pomimo tych trudności, badania mózgu i niektóre formy jego leczenia (głównie interwencja neurochirurgiczna) są znane od czasów starożytnych. Znaleziska archeologiczne pokazują, że już w starożytności człowiek złamał czaszkę, aby uzyskać dostęp do mózgu. Szczególnie intensywne badania mózgu były prowadzone w czasie wojny, kiedy można było zaobserwować różnorodne urazy głowy.
Uszkodzenie mózgu w wyniku urazu z przodu lub obrażeń odniesionych w czasie pokoju jest rodzajem eksperymentu, który niszczy określone części mózgu. Ponieważ jest to jedyna możliwa forma "eksperymentu" na ludzkim mózgu, inną ważną metodą badań były eksperymenty na zwierzętach laboratoryjnych. Obserwując behawioralne lub fizjologiczne konsekwencje uszkodzenia konkretnej struktury mózgu, można ocenić jego funkcję.
Aktywność elektryczną mózgu u zwierząt doświadczalnych rejestruje się za pomocą elektrod umieszczonych na powierzchni głowy lub mózgu lub wprowadzanych do substancji mózgu. W ten sposób można określić aktywność małych grup neuronów lub pojedynczych neuronów, a także zidentyfikować zmiany w przepływie jonów przez błonę. Za pomocą urządzenia stereotaktycznego, które pozwala na wejście elektrody w określone miejsce w mózgu, badane są jej niedostępne odcinki głębokości.
Inne podejście polega na usunięciu niewielkich obszarów żywej tkanki mózgowej, po czym jej istnienie utrzymuje się jako plasterek umieszczany w pożywce, lub komórki są oddzielane i badane w hodowlach komórkowych. W pierwszym przypadku można zbadać interakcję neuronów, w drugim - aktywność poszczególnych komórek.
Podczas badania aktywności elektrycznej pojedynczych neuronów lub ich grup w różnych obszarach mózgu, początkowa aktywność jest zwykle rejestrowana najpierw, następnie określa się wpływ określonego efektu na funkcję komórek. Zgodnie z inną metodą, impuls elektryczny jest przykładany przez wszczepioną elektrodę w celu sztucznej aktywacji najbliższych neuronów. Możesz więc badać wpływ pewnych obszarów mózgu na inne obszary. Ta metoda stymulacji elektrycznej była przydatna w badaniu systemów aktywujących łodygi przechodzących przez śródmózgowie; jest również wykorzystywany, gdy próbuje zrozumieć, w jaki sposób procesy uczenia się i pamięci mają miejsce na poziomie synaptycznym.
Sto lat temu stało się jasne, że funkcje lewej i prawej półkuli są różne. Francuski chirurg P. Brock, obserwując pacjentów z udarem mózgowo-naczyniowym (udar), stwierdził, że tylko pacjenci z uszkodzeniem lewej półkuli cierpią na zaburzenia mowy. Dalsze badania nad specjalizacją półkul kontynuowano przy użyciu innych metod, na przykład rejestracji EEG i potencjałów wywołanych.
W ostatnich latach do uzyskania obrazów (wizualizacji) mózgu wykorzystano złożone technologie. Tak więc tomografia komputerowa (CT) zrewolucjonizowała neurologię kliniczną, umożliwiając otrzymanie szczegółowego (warstwowego) obrazu struktur mózgu in vivo. Kolejna metoda obrazowania - pozytonowa tomografia emisyjna (PET) - daje obraz metabolicznej aktywności mózgu. W tym przypadku krótkotrwały radioizotop jest wprowadzany do osoby, która gromadzi się w różnych częściach mózgu, i im więcej, tym wyższa aktywność metaboliczna. Z pomocą PET okazało się również, że funkcje mowy większości badanych są związane z lewą półkulą. Ponieważ mózg pracuje wykorzystując ogromną liczbę równoległych struktur, PET dostarcza takich informacji o funkcjach mózgu, których nie można uzyskać za pomocą pojedynczych elektrod.
Z reguły badania mózgu prowadzone są przy użyciu kombinacji metod. Na przykład, amerykański neurobiolog R. Sperri, wraz z pracownikami, był stosowany jako zabieg do cięcia ciała modzelowatego (wiązka aksonów łączących obie półkule) u niektórych pacjentów z epilepsją. Następnie u tych pacjentów z "rozszczepionym" mózgiem badano specjalizację półkulistą. Stwierdzono, że dla mowy i innych funkcji logicznych i analitycznych za dominującą dominującą (zazwyczaj lewą) półkulę odpowiada, podczas gdy niepominująca półkula analizuje przestrzenno-czasowe parametry środowiska zewnętrznego. Jest aktywowany, gdy słuchamy muzyki. Mozaika obrazowania aktywności mózgu sugeruje, że istnieje wiele wyspecjalizowanych obszarów w obrębie struktury korowej i podkorowej; jednoczesna aktywność tych obszarów potwierdza koncepcję mózgu jako urządzenia obliczeniowego z równoległym przetwarzaniem danych.
Wraz z pojawieniem się nowych metod badawczych, pomysły na funkcje mózgu prawdopodobnie ulegną zmianie. Użycie urządzeń, które pozwalają nam uzyskać "mapę" aktywności metabolicznej różnych części mózgu, a także zastosowanie podejść genetycznych molekularnych, powinno pogłębić naszą wiedzę na temat procesów zachodzących w mózgu. Zobacz także neuropsychology.
ANATOMA PORÓWNAWCZA
U różnych typów kręgowców mózg jest niezwykle podobny. Jeśli dokonujemy porównań na poziomie neuronów, zauważymy wyraźne podobieństwo takich cech, jak używane neuroprzekaźniki, fluktuacje stężeń jonów, typy komórek i funkcje fizjologiczne. Podstawowe różnice ujawniają się tylko w porównaniu z bezkręgowcami. Neurony bezkręgowe są znacznie większe; często są ze sobą połączone nie chemicznie, ale za pomocą elektrycznych synaps, które rzadko znajdują się w ludzkim mózgu. W układzie nerwowym bezkręgowców wykrywa się niektóre neuroprzekaźniki, które nie są charakterystyczne dla kręgowców.
Wśród kręgowców różnice w strukturze mózgu odnoszą się głównie do proporcji poszczególnych jego struktur. Oceniając podobieństwa i różnice w mózgu ryb, płazów, gadów, ptaków, ssaków (w tym ludzi), można uzyskać kilka ogólnych wzorców. Po pierwsze, wszystkie te zwierzęta mają taką samą strukturę i funkcje neuronów. Po drugie, struktura i funkcje rdzenia kręgowego i pnia mózgu są bardzo podobne. Po trzecie, rozwojowi ssaków towarzyszy wyraźny wzrost struktur korowych, które osiągają maksymalny rozwój u naczelnych. U płazów kora stanowi jedynie niewielką część mózgu, podczas gdy u ludzi jest to struktura dominująca. Uważa się jednak, że zasady funkcjonowania mózgu wszystkich kręgowców są prawie takie same. Różnice są determinowane przez liczbę połączeń interneuronu i interakcji, która jest tym większa, im bardziej złożony jest mózg. Zobacz także PORÓWNAJ ANATOMIĘ.
Ludzki mózg
Ludzki mózg (łac. Encephalon) jest organem ośrodkowego układu nerwowego, składającym się z wielu wzajemnie połączonych komórek nerwowych i ich procesów.
Ludzki mózg zajmuje prawie całą jamę mózgowo-mózgową, której kości chronią mózg przed zewnętrznymi uszkodzeniami mechanicznymi. W procesie wzrostu i rozwoju mózg przyjmuje postać czaszki.
Treść
Mózg [edytuj]
Masa mózgu normalnych ludzi waha się od 1000 do ponad 2000 gramów, co stanowi średnio około 2% masy ciała. Mózg mężczyzn ma średnią masę 100-150 gramów większą niż mózg kobiet [1]. Powszechnie uważa się, że zdolności umysłowe człowieka zależą od masy mózgu: im większa masa mózgu, tym bardziej utalentowana osoba. Jest jednak oczywiste, że nie zawsze tak jest [2]. Na przykład mózg I. S. Turgieniewa ważył w 2012 r., A mózg Anatola France - 1017 g. Najcięższy mózg - 2850 g - stwierdzono u osobnika cierpiącego na epilepsję i idiotyzm [3]. Jego mózg był funkcjonalnie gorszy. Tak więc nie ma bezpośredniego związku pomiędzy masą mózgu a zdolnościami umysłowymi jednostki. Jednak w dużych próbach liczne badania wykazały dodatnią korelację między masą mózgu a zdolnościami umysłowymi, a także między masą pewnych regionów mózgu i różnymi zdolnościami poznawczymi [4] [5].
Stopień rozwoju mózgu można ocenić, w szczególności, przez stosunek masy rdzenia kręgowego do mózgu. Tak więc u kotów wynosi 1: 1, u psów 1: 3, u niższych małp to 1:16, u ludzi 1: 50. U ludzi górnego paleolitu mózg był zauważalnie (10-12%) większy niż mózg współczesnego człowieka [6] - 1: 55-1: 56.
Struktura mózgu [edycja]
Objętość ludzkiego mózgu wynosi 91-95% pojemności czaszki. W mózgu jest pięć podziałów: rdzeń kręgowy, tylny, który obejmuje mostek i móżdżek, epifizę, środkowy, pośredni i przodomózgowie, reprezentowane przez duże półkule. Wraz z podziałem na podziały podane powyżej, cały mózg dzieli się na trzy duże części:
- Półkule mózgowe;
- Móżdżek;
- Pień mózgu.
Kora mózgowa pokrywa dwie półkule mózgu: prawą i lewą.
Pociski mózgów [edycja]
Mózg, podobnie jak rdzeń kręgowy, pokryty jest trzema membranami: miękką, pajęczynową i stałą.
Miękka lub naczyniowa błona mózgu (np. Pia mater encephali) bezpośrednio przylega do substancji mózgu, wchodzi we wszystkie rowki, pokrywa wszystkie zwoje. Składa się z luźnej tkanki łącznej, w której liczne naczynia rozgałęziają się do mózgu. Cienkie procesy tkanki łącznej, które wnikają głęboko w masę mózgu, oddalają się od naczyniówki.
Membrana pajęczynówki mózgu (łac. Arachnoidea encephali) jest cienka, półprzezroczysta, nie ma naczyń krwionośnych. Pasuje ciasno do zwojów mózgu, ale nie wchodzi do rowków, w wyniku czego między membranami naczyniową i pajęczynową tworzą się cysterny podpajęczynówkowe wypełnione płynem mózgowo-rdzeniowym, a pajęczynówka jest zasilana. Największa spłuczka podmorska móżdżku znajduje się z tyłu czwartej komory, otwiera się do niej środkowy otwór czwartej komory; cysterna bocznego dołu leży w bocznym rowku wielkiego mózgu; między ostrzem - między nogami mózgu; przecięcie czołgu - w miejscu wizualnego chizma (przecięcia).
Opona twarda mózgu (łac. Dura mater encephali) jest okostną wewnętrznej powierzchni mózgu kości czaszki. W tej błonie obserwuje się najwyższe stężenie receptorów bólowych w ludzkim ciele, podczas gdy nie ma receptorów bólowych w samym mózgu.
Opona twarda jest zbudowana z gęstej tkanki łącznej, wyłożonej od wewnątrz płaskimi, zwilżonymi komórkami, ściśle połączonymi z kościami czaszki w obszarze jej wewnętrznej podstawy. Pomiędzy skorupą stałą a pajęczą znajduje się przestrzeń podtwardówkowa wypełniona płynem surowiczym.
Strukturalne części mózgu [edycja]
Podłużny mózg [edycja]
Medulla oblongata (lat. Medulla oblongata) rozwija się z piątego pęcherzyka mózgowego (dodatkowy). Medulla oblongata jest kontynuacją rdzenia kręgowego o zaburzonej segmentacji. Szara substancja rdzenia przedłużonego składa się z pojedynczych jąder nerwów czaszkowych. Istota biała jest ścieżkami rdzenia kręgowego i mózgu, które są przyciągane do pnia mózgu, a stamtąd do rdzenia kręgowego.
Na przedniej powierzchni rdzenia przedłużonego znajduje się przednia środkowa szczelina, na której każdej stronie znajdują się pogrubione białe włókna zwane piramidami. Piramidy zawężają się, ponieważ część ich włókien przechodzi na przeciwną stronę, tworząc skrzyżowanie piramid, tworząc boczną piramidalną ścieżkę. Niektóre białe włókna, które nie przecinają się, tworzą prostą piramidalną ścieżkę.
Most [edycja]
Most (łac. Pons) leży nad rdzeniem przedłużonym. Jest to pogrubiony zwój z poprzecznymi włóknami. Pośrodku znajduje się główny rowek, w którym leży główna arteria mózgu. Po obu stronach bruzdy istnieją znaczące ulepszenia uformowane przez piramidalne ścieżki. Most składa się z dużej liczby poprzecznych włókien, które tworzą jego białą materię - włókna nerwowe. Między włóknami znajduje się wiele skupisk szarej materii, które stanowią rdzeń mostu. Kontynuując móżdżek, włókna nerwowe tworzą jego środkowe nogi.
Móżdżek [edycja]
Móżdżek (łac. Móżdżek) leży na tylnej powierzchni mostu i rdzeniu przedłużonym w tylnej jamie czaszki. Składa się z dwóch półkul i robaka, który łączy ze sobą półkule. Masa móżdżku 120-150 g.
Móżdżek oddziela się od dużego mózgu za pomocą poziomej szczeliny, w której opona twarda tworzy móżdżkowy namiot rozciągnięty nad tylnym czaszem. Każda półkula móżdżku składa się z istoty szarej i białej.
Szara substancja móżdżku znajduje się na górze białej w postaci kory mózgowej. Jądra nerwowe znajdują się w półkulach móżdżku, których masa jest głównie reprezentowana przez istoty białe. Kora półkul tworzy równoległe rowki, pomiędzy którymi znajdują się zwoje tego samego kształtu. Bruzdy dzielą każdą półkula móżdżku na kilka części. Jedna z cząstek - złom, sąsiadujący ze środkowymi nogami móżdżku, wyróżnia się bardziej niż inne. Jest filogenetycznie najstarszy. Klapa i guzek robaka pojawiają się już u niższych kręgowców i są związane z funkcjonowaniem aparatu przedsionkowego.
Kora półkul móżdżku składa się z dwóch warstw komórek nerwowych: zewnętrznego molekularnego i ziarnistego. Grubość kory 1-2.5 mm.
Szara substancja móżdżku jest rozgałęziona na biało (w środkowej części móżdżku może być postrzegana jako gałązka wiecznie zielonej tui), więc nazywa się ją drzewem życia móżdżku.
Mózg jest połączony trzema parami nóg z pniem mózgu. Nogi są reprezentowane przez wiązki włókien. Niższe (ogonowe) nogi móżdżku trafiają do rdzenia oblongata i nazywane są również ciałami linowymi. Obejmują one tylny kręgowo-mózgowy szlak.
Nogi środkowe (mostkowe) móżdżku są połączone z mostem, w którym poprzeczne włókna przechodzą do neuronów kory mózgowej. Przez środkowe nogi przechodzi ścieżkę korowo-mostową, dzięki czemu kora mózgowa działa na móżdżek.
Nogi móżdżku w postaci białych włókien biegną w kierunku śródmózgowia, gdzie znajdują się wzdłuż nóg śródmózgowia i ściśle przylegają do siebie. Górne (czaszkowe) odnóża móżdżku składają się głównie z włókien jego jąder i służą jako główne ścieżki, które przewodzą impulsy do wzgórków optycznych, regionu podżołądkowego i czerwonych jąder.
Nogi znajdują się z przodu, a opona - z tyłu. Pomiędzy oponą a nogami biegnie zaopatrzenie w wodę śródmózgowia (system zaopatrzenia w wodę Sylvieva). Łączy czwartą komorę z trzecią komorą.
Główną funkcją móżdżku jest odruchowa koordynacja ruchów i rozkład napięcia mięśniowego.
Midbrain [edycja]
Pokrycie śródmózgowia (łac. Mesencephalon) leży nad pokrywą i pokrywa się nad akweduktem śródmózgowia. Pokrywa zawiera płytkę opony (cheliflow). Dwa górne pagórki są związane z funkcją analizatora wzrokowego, działają jako środki ukierunkowania odruchów na bodźce wzrokowe, a zatem nazywane są wizualnymi. Dwie dolne guzki są słuchowe, powiązane z przybliżonym odruchem do bodźców dźwiękowych. Górne pagórki połączone są z bocznymi odgiętymi korpusami międzymózgowia za pomocą górnych uchwytów, dolne wzgórki połączone są z dolnymi uchwytami z przyśrodkowymi wykrzywionymi ciałami.
Z płytki opony zaczyna się ścieżka mózgowo-rdzeniowa, która łączy mózg z rdzeniem kręgowym. Przekazywane przez nie impulsy w odpowiedzi na bodźce wzrokowe i słuchowe.
Półkule [edycja]
Mózgowe półkule mózgu. Należą do nich płaty półkul, kora mózgowa (płaszcz), zwoje podstawy, mózg węchowy i komory boczne. Półkule mózgu są oddzielone podłużną szczeliną, w której wgłębieniu znajduje się ciało modzelowate, które je łączy. Na każdej półkuli rozróżnić następujące powierzchnie:
- górna strona, wypukła, zwrócona do wewnętrznej powierzchni sklepienia czaszki;
- dolna powierzchnia znajduje się na wewnętrznej powierzchni podstawy czaszki;
- przyśrodkowa powierzchnia, przez którą półkule są ze sobą połączone.
Na każdej półkuli są najbardziej widoczne części: z przodu - z przodu, z tyłu - z drążkiem potylicznym, z boku - z bieguna czasowego. Ponadto każda półkula mózgowa jest podzielona na cztery duże płaty: czołową, ciemieniową, potyliczną i skroniową. W zagłębieniu dołu fałdu mózgu jest niewielka część - wyspa. Półkula podzielona jest na płaty bruzd. Najgłębszy z nich jest boczny lub boczny i nazywany jest również bruzdką sylvium. Boczny rowek oddziela płat skroniowy od przedniego i ciemieniowego. Od górnej krawędzi półkul środkowy rowek lub rowek Rolanda opada. Oddziela płat czołowy mózgu od ciemieniowej. Płat płodowy jest oddzielony od ciemieniowej tylko od przyśrodkowej powierzchni półkul - bruzdy ciemieniowo-potylicznej.
Półkule mózgowe z zewnątrz pokryte są szarą masą tworzącą kora mózgowa lub płaszcz. W korze jest 15 miliardów komórek, a jeśli weźmiemy pod uwagę, że każdy z nich ma od 7 do 10 tysięcy połączeń z sąsiednimi komórkami, to możemy stwierdzić, że funkcje kory są elastyczne, stabilne i niezawodne. Powierzchnia kory znacznie wzrasta z powodu bruzd i zwojów. Kora filogenetyczna jest największą strukturą mózgu, jej powierzchnia wynosi około 220 tysięcy mm 2.
Różnice płciowe [edycja]
Metody skanowania tomograficznego pozwoliły na eksperymentalne ustalenie różnic w strukturze mózgu kobiet i mężczyzn [7] [8]. Ustalono, że męski mózg ma więcej połączeń pomiędzy strefami wewnątrz półkul, a samicą między półkulami. Zakłada się, że mózg ludzi jest bardziej zoptymalizowany pod kątem zdolności motorycznych, a kobieta w analityczne i intuicyjne myślenie. Naukowcy zauważają, że te wyniki powinny być stosowane do całej populacji, a nie do osób. Te różnice w strukturze mózgu były najbardziej wyraźne, gdy porównano grupy w wieku 13,4 do 17 lat. Jednak wraz z wiekiem w mózgu u kobiet zwiększyła się liczba połączeń między strefami wewnątrz półkul, co minimalizuje wcześniej wyraźne różnice strukturalne między płciami [8].
Jednocześnie, pomimo istnienia różnic w anatomicznej i morfologicznej strukturze mózgu kobiet i mężczyzn, nie ma żadnych decydujących oznak ani ich kombinacji, które pozwalają nam mówić o konkretnie "męskim" lub konkretnie "kobiecym" mózgu [9]. Są cechy mózgu, które są częstsze u kobiet i częściej obserwuje się je u mężczyzn, jednak oba mogą manifestować się w płci przeciwnej, a jakiekolwiek stabilne zespoły tego rodzaju znaków praktycznie nie są obserwowane.
Rozwój mózgu [edycja]
Rozwój prenatalny [10] [edycja]
Rozwój występujący w okresie przed urodzeniem, wewnątrzmaciczny rozwój płodu. W okresie prenatalnym dochodzi do intensywnego fizjologicznego rozwoju mózgu, jego systemów sensorycznych i efektorowych.
Natal [10] warunek [edycja]
Różnicowanie układów kory mózgowej następuje stopniowo, co prowadzi do nierównomiernego dojrzewania poszczególnych struktur mózgu.
Kiedy dziecko się rodzi, formacje podkorowe są praktycznie uformowane, a obszary projekcyjne mózgu zbliżają się do ostatniego etapu dojrzewania, w którym kończą się połączenia nerwowe pochodzące z receptorów różnych narządów zmysłów (układów analizujących) i szlaki motoryczne [11].
Obszary te działają jako konglomerat wszystkich trzech bloków mózgowych. Ale wśród nich najwyższy poziom dojrzewania osiąga struktura bloku regulacji aktywności mózgu (pierwszy blok mózgu). W drugim (blok odbioru, przetwarzania i przechowywania informacji) i trzecim (blok programowania, regulacji i kontroli aktywności) blokują tylko te obszary kory, które są powiązane z pierwszymi płatami, które odbierają przychodzące informacje (drugi blok) i tworzą wychodzące impulsy ruchowe, są najbardziej dojrzałe (Trzeci blok) [12].
Inne obszary kory mózgowej w momencie porodu nie osiągają wystarczającego poziomu dojrzałości. Dowodem na to jest niewielki rozmiar ich komórek, niewielka szerokość ich górnych warstw, które pełnią funkcję asocjacyjną, stosunkowo niewielki rozmiar zajmowanego przez nich obszaru oraz niewystarczająca mielinizacja ich elementów.
Okres od 2 do 5 lat [edycja]
W wieku od dwóch do pięciu lat dochodzi do dojrzewania wtórnych, asocjacyjnych pól mózgu, z których niektóre (wtórne strefy gnostyczne w systemach analizatora) znajdują się w drugim i trzecim bloku (regionie przedotrzewnowym). Struktury te zapewniają procesy percepcji i wykonywania sekwencji działań [11].
Okres od 5 do 7 lat [edycja]
Kolejne są trzeciorzędne (asocjacyjne) pola mózgu. Najpierw rozwija się tylne pole asocjacyjne - obszar okołodźwiękowo-potyliczny, następnie przednie pole zespolone - obszar przedczołowy.
Pola trzeciorzędne zajmują najwyższe pozycje w hierarchii interakcji różnych stref mózgowych, a tutaj wykonywane są najbardziej złożone formy przetwarzania informacji. Tylny region asocjacyjny zapewnia syntezę wszystkich nadchodzących informacji multimodalnych w supermodalnym holistycznym odzwierciedleniu otaczającego bytu rzeczywistości w całości jej powiązań i relacji. Przedni obszar stowarzyszeniowy jest odpowiedzialny za dowolną regulację złożonych form aktywności umysłowej, w tym wybór niezbędnych informacji niezbędnych do tego działania, tworzenie programów działań na ich podstawie i kontrolę nad ich prawidłowym przebiegiem.
Zatem każdy z trzech bloków funkcjonalnych mózgu osiąga pełną dojrzałość w różnych czasach, a dojrzewanie przebiega w sekwencji od pierwszego do trzeciego bloku. Jest to droga od dołu do góry - od podstawowych formacji do nakładania się, od struktur podkorowych do pól podstawowych, od pól podstawowych do grup asocjacyjnych. Uszkodzenia podczas tworzenia któregokolwiek z tych poziomów mogą prowadzić do odchyleń w dojrzewaniu następnego z powodu braku stymulujących efektów z leżącego u podłoża poziomu uszkodzenia [11].